विद्युत गृहों के ऊष्मा अपचयन प्रभाव को कैसे सुनिश्चित किया जाए?

विद्युत गृहों में ताप भार की समझ

शक्ति घटकों से आंतरिक ऊष्मा उत्पादन का मात्रात्मक आकलन

हम जो इलेक्ट्रिकल पैनल स्थापित करते हैं, वे अंदर काम कर रहे उन बहुत सारे पावर घटकों के कारण काफी गर्म हो जाते हैं। उदाहरण के लिए ट्रांसफॉर्मर, VFDs और स्विचगियर लें—ये उपकरण चलते समय अपनी इनपुट ऊर्जा का लगभग 3 से 8 प्रतिशत बेकार ऊष्मा के रूप में खो देते हैं। बस एक सामान्य 500 kVA ट्रांसफॉर्मर के बारे में सोचिए—यह लगभग 15 किलोवाट ऊष्मा ऊर्जा उत्पन्न कर रहा हो सकता है। IEC 60076-2023 द्वारा निर्धारित मानकों के अनुसार, यदि उपकरण अपने डिज़ाइन तापमान से केवल 10 डिग्री सेल्सियस अधिक पर चलता है, तो उसके आयु काल में मूल रूप से आधा कमी आ जाती है। इसलिए उचित प्रणाली डिज़ाइन के लिए सही थर्मल लोड गणना करना बिल्कुल आवश्यक है। जब इन एन्क्लोजर्स के अंदर कितनी ऊष्मा बनेगी, यह निर्धारित करने की बात आती है, तो तकनीशियन आमतौर पर घटकों की वाटेज विशेषताओं को देखते हैं, यह ध्यान में रखते हैं कि प्रत्येक भाग कितनी बार काम करता है, और निर्माताओं द्वारा प्रदान की गई दक्षता चार्ट्स की भी सलाह लेते हैं।

बाह्य तापीय प्रभावों का आकलन: परिवेश स्थितियाँ और सौर लाभ

बाहरी परिस्थितियों का एक पूरा समूह तापीय तनाव को उससे भी अधिक गंभीर बना देता है, जितना कि वह पहले से ही है। सूर्य प्रति वर्ग मीटर लगभग 150 वाट की अतिरिक्त ऊष्मा के साथ इनक्लोज़र्स पर प्रहार कर सकता है, और जब वायु तापमान 40 डिग्री सेल्सियस से ऊपर चला जाता है, तो प्राकृतिक शीतलन प्रक्रियाओं के लिए स्थिति वास्तव में गंभीर हो जाती है, जिनकी प्रभावशीलता लगभग 30 प्रतिशत तक कम हो जाती है। मौसम के आधार पर परिवर्तनों के कारण इंजीनियरों को पुराने स्थैतिक मॉडलों के बजाय गतिशील रूप से सोचने की आवश्यकता होती है। यह शुष्क क्षेत्रों में स्थित कारखानों में सबसे अधिक महत्वपूर्ण है, जहाँ मशीनों को मृदु जलवायु वाले क्षेत्रों की तुलना में 25% अधिक शीतलन शक्ति की आवश्यकता होती है। उपकरणों को बुद्धिमान स्थानों पर स्थापित करने से प्रत्यक्ष सूर्यप्रकाश को कम किया जा सकता है और स्थानीय वायु दिशाओं का बेहतर उपयोग किया जा सकता है, जिससे ऊष्मा बिना किसी जटिल प्रणाली के ही स्वतः निकल जाती है।

विद्युत घरों के लिए प्रभावी ऊष्मा अपवहन विधियों का चयन

निष्क्रिय समाधान: हीट सिंक, तापीय इंटरफ़ेस सामग्री और हीट पाइप

निष्क्रिय शीतलन प्रकृति की स्वाभाविक तापन और शीतलन प्रक्रियाओं का लाभ उठाकर काम करता है, जिसका अर्थ है कि किसी बाहरी बिजली स्रोत की आवश्यकता नहीं होती। जब हम एल्युमीनियम या तांबे के हीट सिंक की बात करते हैं, तो वे मूल रूप से संवहन और विकिरण दोनों के माध्यम से गर्मी के बाहर निकलने के लिए अधिक जगह बनाते हैं। अच्छे डिज़ाइन वास्तव में उपकरणों के तापमान को लगभग 15 से लेकर शायद ही 20 डिग्री सेल्सियस तक कम कर सकते हैं। थर्मल इंटरफ़ेस सामग्री, जिन्हें उद्योग में TIMs के नाम से जाना जाता है, भागों और उनकी शीतलन सतहों के बीच के छोटे वायु स्थानों को भर देती हैं। इससे ऊष्मा स्थानांतरण बेहतर ढंग से काम करता है, कभी-कभी वायु के माध्यम से स्थानांतरण की तुलना में पाँच गुना तक बेहतर। हीट पाइप भी काफी आश्चर्यजनक हैं। वे उस सिद्धांत पर काम करते हैं जिसमें तरल वाष्प में और फिर वापस तरल में बदल जाता है, जिससे गर्मी को बहुत कुशलता से दूर ले जाया जाता है। ये पाइप समान मात्रा में ठोस तांबे की तुलना में लगभग 90 प्रतिशत अधिक गर्मी ले जा सकते हैं। विद्युत उपकरण निर्माता इन निष्क्रिय शीतलन विधियों को बहुत आकर्षक पाते हैं क्योंकि इनका उपयोग दस साल से अधिक तक बिना किसी खास ध्यान के किया जा सकता है, और इसके अलावा बिजली का कोई भी निरंतर खर्च शामिल नहीं होता।

सक्रिय शीतलन विकल्प: फ़िल्टर किए गए प्रशंसक, एयर-टू-एयर हीट एक्सचेंजर और एनक्लोज़र एसी इकाइयाँ

सक्रिय शीतलन प्रणाली तब सक्रिय हो जाती है जब पर्यावरणीय कारक उससे अधिक हो जाते हैं जिसे सुरक्षित माना जाता है या आंतरिक ऊष्मा उत्पादन उस दर से अधिक हो जाता है जिसे निष्क्रिय विधियाँ संभाल सकती हैं। NEMA 4 रेटेड प्रशंसक धूल को बाहर रखने में सहायता करते हैं और प्रति मिनट लगभग 300 घन फुट ठंडी हवा को धकेलते हैं, जो औसत ऊष्मा मांग वाली स्थितियों के लिए उपयुक्त है। वायु-से-वायु ऊष्मा विनिमयक आंतरिक और बाहरी वायु के बीच एक बाधा बनाते हैं जो IP54 मानकों को पूरा करते हैं, और ये उपकरण चालन के माध्यम से लगभग 2 से 3 किलोवाट अतिरिक्त ऊष्मा को दूर करने में सक्षम होते हैं। बाहरी बिजली घरों या रेगिस्तानी जलवायु वाले क्षेत्रों में स्थित इमारतों जैसे वास्तविक कठिन स्थानों के लिए, 5 किलोवाट से अधिक के ऊष्मा भार का सामना करते हुए भी चीजों को स्थिर 25 डिग्री सेल्सियस पर बनाए रखने के लिए खोलों के लिए विशेष एसी इकाइयों की आवश्यकता होती है। जबरदस्ती से हवा के समाधान कभी-कभी गर्म स्थानों के तापमान को लगभग 35 डिग्री सेल्सियस तक नीचे ला देते हैं, लेकिन इसकी एक कीमत भी होती है क्योंकि वे आमतौर पर उन निष्क्रिय समकक्षों की तुलना में लगभग 15 प्रतिशत अधिक ऊर्जा की मांग करते हैं जिन्हें उचित ढंग से अनुकूलित किया गया हो।

इलेक्ट्रिकल हाउस में ऑप्टिमल एयरफ्लो और घटक व्यवस्था के लिए डिज़ाइन करना

हॉटस्पॉट से बचने और प्राकृतिक संवहन पथ को सक्षम करने के लिए रणनीतिक स्थान निर्धारण

घटकों की व्यवस्था कैसे की जाती है, इसका थर्मल डिज़ाइन निर्णयों पर बहुत बड़ा प्रभाव पड़ता है। जब उच्च ऊष्मा उत्पन्न करने वाले उपकरणों जैसे VFDs को लगाने की बात आती है, तो ऐसा करना तर्कसंगत होता है कि उन्हें अच्छे एयरफ्लो वाले स्थान के पास रखा जाए, लेकिन इन गर्म स्थानों को नाज़ुक उपकरणों से दूर रखना चाहिए। क्यों? क्योंकि विद्युत चुम्बकीय हस्तक्षेप समस्याएँ पैदा कर सकता है, और अध्ययनों से पता चलता है कि थर्मल से संबंधित विफलताओं में से एक तिहाई से अधिक के लिए यही कारण है। कम से कम 20% जगह किसी भी गर्मी उत्पन्न करने वाली वस्तु के चारों ओर छोड़ दें ताकि हवा स्वाभाविक रूप से ऊपर की ओर जा सके। इसे एक चिमनी प्रभाव बनाने की तरह समझें जहाँ ठंडी हवा खुद-ब-खुद ऊपर की ओर खींची जाती है, बिना पंखों या पंपों के काम किए। यह साधारण तरकीब वास्तव में आंतरिक तापमान को लगभग 15 डिग्री सेल्सियस तक कम कर सकती है। सही दूरी बनाए रखना भी महत्वपूर्ण है क्योंकि ब्लॉक होने वाले एयरफ्लो से हॉटस्पॉट बनते हैं जिन्हें कोई नहीं चाहता जब पूरे सिस्टम में चीजों को सुचारू रूप से चलाने की कोशिश की जा रही होती है।

CFD-आधारित आवरण वेंटिलेशन और अवरोध प्रबंधन

गणनात्मक तरल गतिशीलता (CFD) सिमुलेशन के उपयोग से वास्तविक निर्माण शुरू होने से बहुत पहले गंभीर ऊष्मीय समस्याओं का पता लगाया जा सकता है। जब इंजीनियर उपकरण के माध्यम से हवा के प्रवाह को मॉडल करते हैं, सतहों पर दबाव परिवर्तनों को ट्रैक करते हैं और उन क्षेत्रों की पहचान करते हैं जहाँ घटक अति तापित हो सकते हैं, तो वे ऐसी बहुत सी समस्याएँ खोज लेते हैं जो सामान्यतः किसी की नजर में नहीं आतीं। उदाहरण के लिए, वेंट की खराब स्थिति हवा के सुचारु प्रवाह के बजाय टर्बुलेंस पैदा करती है, जबकि कुछ स्थान गर्मी के केंद्र बन जाते हैं क्योंकि उन तक हवा पहुँच ही नहीं पाती। कई इंजीनियरिंग फर्मों के शोध से पता चलता है कि जब डिजाइनर CFD तकनीक का उपयोग करके एन्क्लोजर को अनुकूलित करते हैं, तो उनके उत्पाद मानक डिजाइन की तुलना में लगभग 40 प्रतिशत अधिक प्रभावी ढंग से ऊष्मा का अपव्यय करते हैं। CFD विश्लेषण का अधिकतम लाभ उठाने के लिए कुछ व्यावहारिक सुझावों में चिकने हवा प्रवाह पैटर्न को प्रोत्साहित करने के लिए वेंट खोलों को ठीक कोण पर झुकाना, विद्युत तारों को मुख्य वेंटिलेशन चैनलों से दूर रखना, और यह सुनिश्चित करना शामिल है कि निकास छिद्र आगमन छिद्रों की तुलना में काफी बड़े हों – आमतौर पर 20 से 30 प्रतिशत बड़े आकार का उपयोग प्राकृतिक संवहन धाराओं को बनाए रखने के लिए सबसे उपयुक्त होता है। डिजाइन प्रक्रिया के आरंभ में इस तरह के सिमुलेशन को करने से बाद में महंगे पुनः-डिजाइन को रोककर भविष्य में धन की बचत होती है, इसके अलावा यह यह सुनिश्चित करने में भी मदद करता है कि सब कुछ सुरक्षित तापमान सीमा के भीतर रहे जबकि निर्माताओं द्वारा अनुपालन किए जाने वाले सभी संरचनात्मक और पर्यावरणीय सुरक्षा आवश्यकताओं को पूरा करते हुए।

विद्युत गृह एनक्लोज़र में पर्यावरण संरक्षण और तापीय प्रदर्शन का संतुलन

औद्योगिक उपकरणों पर काम करने वाले इंजीनियरों के लिए, एनक्लोज़र के मामले में हमेशा एक संतुलन बनाए रखना होता है। उन्हें IP66 या NEMA 4X रेटिंग जैसे कठोर पर्यावरणीय विनिर्देशों के अनुपालन की आवश्यकता होती है, लेकिन इसके साथ ही वे पर्याप्त ताप को बाहर निकालने के लिए भी सक्षम होने चाहिए ताकि चीजें अत्यधिक गर्म न हो जाएं। धूल, पानी और संक्षारक तत्वों से अच्छी सुरक्षा प्राप्त करना महत्वपूर्ण प्रणालियों के लिए बिल्कुल आवश्यक है, इसमें कोई संदेह नहीं। लेकिन अगर हम सीलिंग के साथ बहुत आगे चले जाते हैं, तो गर्मी अंदर फंस जाती है और वास्तव में घटकों की विफलता को तेज कर देती है। संपीड़न गैस्केट को उदाहरण के रूप में लें। ये चीजों को बाहर रखने में बहुत अच्छे काम करते हैं, लेकिन फिर हमें ताप संचय को संभालने के लिए कुछ और की आवश्यकता होती है। आमतौर पर इसका अर्थ है एनक्लोज़र की दीवारों में चालक सामग्री जोड़ना या डिजाइन में कहीं ऊष्मा सिंक लगाना। अन्यथा, उन सभी सुरक्षा उपायों से केवल समस्या का हिस्सा बन जाता है बजाय समाधान के।

वेंटिलेशन समाधान वायु प्रवाह की आवश्यकताओं और कठोर परिस्थितियों से सुरक्षा के बीच के अंतर को कम करने में सहायता करते हैं। कण फ़िल्टर युक्त लूवर वेंट, वाशडाउन के दौरान धूल, संक्षारण और पानी के संपर्क से उपकरणों की सुरक्षा करते हुए वायु के संचलन को बनाए रखने के लिए NEMA रेटेड प्रशंसकों के साथ अच्छी तरह से काम करते हैं। थर्मल नियंत्रण के लिए, कई दृष्टिकोण विचार करने योग्य हैं। थर्मल इंटरफ़ेस सामग्री गर्म घटकों से एन्क्लोज़र की दीवारों तक ऊष्मा स्थानांतरण में सुधार करती है। एन्क्लोज़र के बाहर तापमान में उतार-चढ़ाव से सुरक्षा के लिए रणनीतिक रूप से इन्सुलेशन भी लगाया जा सकता है। ये तरीके कुछ विशिष्ट स्थानों पर विशेष रूप से महत्वपूर्ण हो जाते हैं। उच्च आर्द्रता वाले तटीय क्षेत्र एंटी कंडेनसेशन हीटर से बहुत लाभान्वित होते हैं जो नमी के कारण होने वाले नुकसान को रोकते हैं। इसी तरह, सीधी धूप में उजागर उपकरणों को ऊष्मा के जमाव को कम करने के लिए प्रतिबिंबित कोटिंग या छाया संरचनाओं की आवश्यकता होती है। IP और NEMA रेटिंग्स को देखते हुए, हमें यह स्पष्ट साक्ष्य दिखाई देता है कि पर्यावरणीय सुरक्षा और थर्मल प्रबंधन अलग-अलग मुद्दे नहीं हैं। वास्तव में, बिजली वितरण प्रणालियों में समय के साथ विश्वसनीय संचालन के लिए वे एक दूसरे पर निर्भर करते हैं।

सामान्य प्रश्न

विद्युत घरों में तापीय भार क्या है?

तापीय भार से तात्पर्य विद्युत आवरणों के भीतर उत्पादित ऊष्मा ऊर्जा की मात्रा से है, जो मुख्य रूप से ट्रांसफॉर्मर, VFD और स्विचगियर जैसे बिजली घटकों से आंतरिक ऊष्मा उत्पादन और परिवेश तापमान और सौर लाभ जैसे बाहरी कारकों के कारण होता है।

विद्युत घरों के लिए निष्क्रिय और सक्रिय शीतलन विधियों में क्या अंतर है?

निष्क्रिय शीतलन हीट सिंक और हीट पाइप जैसी प्राकृतिक प्रक्रियाओं और सामग्री पर निर्भर करता है, जबकि सक्रिय शीतलन अतिरिक्त ऊष्मा को प्रबंधित करने के लिए फ़िल्टर किए गए प्रशंसकों और आवरण AC इकाइयों जैसी यांत्रिक प्रणालियों में शामिल है।

विद्युत आवरणों के डिजाइन में CFD की क्या भूमिका है?

गणनात्मक तरल गतिशास्त्र (CFD) का उपयोग आवरणों के भीतर वायु प्रवाह के अनुकरण और अनुकूलन के लिए किया जाता है, उत्पादन प्रक्रिया से पहले संभावित गर्म स्थलों और दबाव परिवर्तनों की पहचान और उन्हें कम करने के लिए किया जाता है।

पर्यावरण संरक्षण और तापीय प्रदर्शन के बीच संतुलन बनाए रखना क्यों महत्वपूर्ण है?

इन दोनों पहलुओं को संतुलित करने से यह सुनिश्चित होता है कि विद्युत एनक्लोजर पर्यावरणीय विनिर्देशों का पालन करें और अत्यधिक गर्मी होने से बचें, जिससे धूल, पानी और संक्षारण से सुरक्षा होती है और साथ ही उचित ताप अपव्यय की अनुमति मिलती है।